Java Socket编程

1. 前言

网络上的两个程序通过一个双向的通讯连接实现数据的交换，这个双向链路的一端称为一个Socket。Socket通常用来实现客户方和服务方的连接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面，一个Socket由一个IP地址和一个端口号唯一确定。

网络编程需要解决两个问题，一个是如何准确的定位网络上一台或多台主机，另一个就是找到主机后如何可靠高效的进行数据传输。

在TCP/IP协议中IP层主要负责网络主机的定位，数据传输的路由，由IP地址可以唯一地确定Internet上的一台主机。

而TCP层则提供面向应用的可靠（TCP）的或非可靠（UDP）的数据传输机制，这是网络编程的主要对象，一般不需要关心IP层是如何处理数据的。

2. Socket通信过程

Server端Listen(监听)某个端口是否有连接请求，Client端向Server 端发出Connect(连接)请求，Server端向Client端发回Accept（接受）消息。一个连接就建立起来了。Server端和Client 端都可以通过Send，Write等方法与对方通信。其工作过程包含以下四个基本的步骤：

（1） 创建Socket；

（2） 打开连接到Socket的输入/出流；

（3） 按照一定的协议对Socket进行读/写操作；

（4） 关闭Socket，用于释放资源。

3. 客户端Socket

客户端创建socket的例子：

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    	//需要连接的主机
        String host = "10.108.149.5";
        //需要连接的端口号
        int port = 55533;
        //创建面向连接的Socket对象
        Socket socket = new Socket(host, port);
        //得到SocketOutputStream对象，该对象继承FileOutputStream
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        String message = "发送message";
        //将消息写入至输出流
        os.write(message.getBytes("UTF-8"));
        os.close();
        socket.close();
    }
}

首先创建一个Socket对象：

Socket clientSocket = new Socket(host, port);

需要给定一个主机名和一个端口号，这是一个面向连接的创建Socket对象方法，主机名可以是IP地址。

public Socket(String host, int port)
        throws UnknownHostException, IOException
    {
        this(host != null ? new InetSocketAddress(host, port) :
             new InetSocketAddress(InetAddress.getByName(null), port),
             (SocketAddress) null, true);
    }

由以上源码可知，该构造方法实际上是调用Socket(SocketAddress address, SocketAddress localAddr, boolean stream)，该构造方法源码如下：

private Socket(SocketAddress address, SocketAddress localAddr,
                   boolean stream) throws IOException {
        setImpl();

        // backward compatibility
        if (address == null)
            throw new NullPointerException();

        try {
            createImpl(stream);
            if (localAddr != null)
                bind(localAddr);
            //实际上是面向连接的，连接该Socket到具体的主机与端口号
            connect(address);
        } catch (IOException | IllegalArgumentException | SecurityException e) {
            try {
                close();
            } catch (IOException ce) {
                e.addSuppressed(ce);
            }
            throw e;
        }
    }

下面是获取输出流的源码，底层调用一个native方法

public OutputStream getOutputStream() throws IOException {
        if (isClosed())
            throw new SocketException("Socket is closed");
        if (!isConnected())
            throw new SocketException("Socket is not connected");
        if (isOutputShutdown())
            throw new SocketException("Socket output is shutdown");
        final Socket s = this;
        OutputStream os = null;
        try {
            os = AccessController.doPrivileged(
                new PrivilegedExceptionAction<OutputStream>() {
                    public OutputStream run() throws IOException {
                        return impl.getOutputStream();
                    }
                });
        } catch (java.security.PrivilegedActionException e) {
            throw (IOException) e.getException();
        }
        return os;
    }

4. 服务器ServerSocket

服务器创建socket的例子：

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    	//监听端口号
        int port = 55533;
        //为指定端口号创建ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
        System.out.println("等待中...");
        Socket socket = null;
        InputStream is = null;
        while (true) {
        	//阻塞方法，直到获取连接，得到相应的Socket
            socket = serverSocket.accept();
            //获取相应socket的InputStream流，读取输入流的数据
            is = socket.getInputStream();
            byte[] bytes = new byte[10240];
            int len;
            StringBuffer sb = new StringBuffer();
            while ((len = is.read(bytes)) != -1) {
                sb.append(new String(bytes, 0, len,"UTF-8"));
            }
            System.out.println(sb);
        }
    }
}